銀亜鉛電池

概要

銀亜鉛電池は酸化銀電池のほとんどの特性を共有しており、さらに、現在知られているすべての電気化学電源の中で最も高い比エネルギーの1つを供給することができます。長い間特殊な用途に使用されてきましたが、現在はノートパソコンや補聴器の電池など、より主流の市場向けに開発されています。 ^[1]^[2]

特に銀亜鉛電池は、印刷法^[3]や化学蒸着法^[4]を用いてポリマーや紙などのフレキシブル基板に反応物を直接組み込むフレキシブル電子アプリケーションに電力を供給するために開発されています。

実験的な新しい銀亜鉛技術（酸化銀とは異なる）は、リチウムイオン電池よりも最大40％長い稼働時間を提供する可能性があり、また、リチウムイオン代替品を悩ませてきた熱暴走や可燃性の問題がない水ベースの化学特性を備えています。^[1]

化学

銀亜鉛電池は完全に放電した状態で製造され、正極は金属銀、負極は酸化亜鉛と純粋な亜鉛粉末の混合物という逆の電極構成になっています。使用される電解液は水酸化カリウム水溶液です。

充電プロセス中、銀はまず酸化銀（I）に酸化される。

2 Ag(s) + 2 OH ⁻ → Ag ₂ O + H ₂ O + 2 e ⁻

そして酸化銀(II)

Ag ₂ O + 2 OH ⁻ → 2 AgO + H ₂ O + 2 e ⁻、

酸化亜鉛は金属亜鉛に還元される

2 Zn(OH) ₂ + 4 e ⁻ ⇌ 2 Zn + 4 OH ⁻ .

このプロセスは、セルの電位が約 1.55 ボルトで電解質の分解が可能なレベルに達するまで続けられます。これ以上の電荷は蓄えられず、発生する可能性のある酸素はセルに機械的および火災の危険をもたらすため、これが充電の終了と見なされます。

歴史と使用法

この技術はリチウム技術が登場する前は最も高いエネルギー密度を持っていました。主に航空機用に開発されたこの技術は、サイクル寿命が短いという欠点がないことから、長い間宇宙打ち上げ機や有人宇宙船に使用されてきました。非充電式の銀亜鉛電池は、ソ連の最初のスプートニク衛星、米国のサターン打ち上げ機、アポロ月着陸船、月面車、生命維持バックパックに電力を供給しました。

アポロ司令船(CM)の主な電源は、サービスモジュール (SM) の水素/酸素燃料電池でした。この燃料電池は従来のどのバッテリーよりも高いエネルギー密度を提供しましたが、ピーク電力の制限により、CM の銀亜鉛電池による補助が必要となり、サービスモジュールの分離後の再突入時にはこの電池が唯一の電源となりました。飛行中に充電されたのはこれらの電池だけでした。

アポロ 13 号が危うく大惨事に陥った後、燃料電池のバックアップとして補助銀亜鉛電池がサービスモジュールに追加されました。スカイラブ宇宙ステーションへの乗組員フェリーとして使用されたアポロサービスモジュールは、ステーションでの長期滞在中に水素タンクと酸素タンクが燃料電池反応物を貯蔵できなかったため、ドッキング解除からサービスモジュールの切り離しまで 3 つの銀亜鉛電池で電力が供給されました。

これらのセルは、マーク 37 魚雷やアルファ級潜水艦などの軍事用途に使用されています。

1960年代にゼネラルモーターズは、イーグルピッチャー社製の亜鉛銀電池を搭載したエレクトロヴェアという電気自動車を開発した。^[5]しかし、この電池は高価で、充放電サイクルはわずか100回しか持たなかった。^[6]

参照

参考文献

^ ab 「オピニオン: エンジニアリングのバッテリーを充電しましょう」。2016年3月1日閲覧。
^ Mike, Dicicco (2016年12月1日). 「NASAの研究が銀亜鉛電池の構想から実現化に貢献」NASA . 2017年4月29日閲覧。
^ Braam, Kyle T.; Volkman, Steven K.; Subramanian, Vivek (2012-02-01). 「印刷された一次銀亜鉛電池の特性評価と最適化」。Journal of Power Sources。199 : 367–372。doi : 10.1016 /j.jpowsour.2011.09.076。ISSN 0378-7753 。
^ Grell, Max; Dincer, Can; Le, Thao; Lauri, Alberto; Nunez Bajo, Estefania; Kasimatis, Michael; Barandun, Giandrin; Maier, Stefan A.; Cass, Anthony EG (2018-11-09). 「バイオセンサー、バッテリー、エネルギーハーベスティングのためのSiインクを使用したファブリックの自己触媒金属化」。Advanced Functional Materials。29 ( 1 ) : 1804798。doi : 10.1002 / adfm.201804798。ISSN 1616-301X。PMC 7384005。PMID 32733177。
^ Rishavy, EA; Bond, WD; Zechin, TA (1967 年 2 月 1 日)。「Electrovair-A バッテリー電気自動車」。SAE技術論文シリーズ。第 1 巻。国際自動車技術協会。doi :10.4271/670175。ISSN 0148-7191 。
^マレー、チャールズ J. ( 2022年 9 月 15 日)。ロング・ハード・ロード: リチウムイオン電池と電気自動車。パーデュー大学出版局。doi :10.2307/ j.ctv1xx99k5。ISBN 9781612497624. JSTOR j.ctv1xx99k5.

[Buckley-1] 「オピニオン: エンジニアリングのバッテリーを充電しましょう」。2016年3月1日閲覧。

[2] Mike, Dicicco (2016年12月1日). 「NASAの研究が銀亜鉛電池の構想から実現化に貢献」NASA . 2017年4月29日閲覧。

[3] Braam, Kyle T.; Volkman, Steven K.; Subramanian, Vivek (2012-02-01). 「印刷された一次銀亜鉛電池の特性評価と最適化」。Journal of Power Sources。199 : 367–372。doi : 10.1016 /j.jpowsour.2011.09.076。ISSN 0378-7753 。

[4] Grell, Max; Dincer, Can; Le, Thao; Lauri, Alberto; Nunez Bajo, Estefania; Kasimatis, Michael; Barandun, Giandrin; Maier, Stefan A.; Cass, Anthony EG (2018-11-09). 「バイオセンサー、バッテリー、エネルギーハーベスティングのためのSiインクを使用したファブリックの自己触媒金属化」。Advanced Functional Materials。29 ( 1 ) : 1804798。doi : 10.1002 / adfm.201804798。ISSN 1616-301X。PMC 7384005。PMID 32733177。

[5] Rishavy, EA; Bond, WD; Zechin, TA (1967 年 2 月 1 日)。「Electrovair-A バッテリー電気自動車」。SAE技術論文シリーズ。第 1 巻。国際自動車技術協会。doi :10.4271/670175。ISSN 0148-7191 。

[6] ^マレー、チャールズ J. ( 2022年 9 月 15 日)。ロング・ハード・ロード: リチウムイオン電池と電気自動車。パーデュー大学出版局。doi :10.2307/ j.ctv1xx99k5。ISBN 9781612497624. JSTOR j.ctv1xx99k5.